聚變堆中性束注入系統的電偏轉器概念設計

李 超 梁立振 時 超 邑 偉 謝亞紅 謝遠來 胡純棟

1（中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所 合肥 230031）

2（中國科學技術大學 合肥 230026）

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（Comprehensive Research Facility for Fusion Technology，CRAFT）是我國《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》中優先部署的大科學裝置。它的主要功能是瞄準中國聚變工程實驗堆（China Fusion Experimental Test Reactor，CFETR）的需求開展相關工程技術研究。基于負離子源的中性束注入系 統（Negative ion based Neutral Beam Injection system，NNBI）是聚變等離子體加熱和電流驅動的必然需求［1?2］。

NNBI利用射頻激勵器產生額定參數的源等離子體，進而在引出區形成具有一定密度的負離子。這些負離子經引出和加速后產生具有一定束品質的負離子束。負離子束在穿越中性化器的過程中，通過與本底氣體分子的碰撞實現中性化。由于束流的中性化過程是粒子之間碰撞的動態平衡過程，它無法實現所有離子的中性化，未被中性化的帶電粒子若是進入到聚變堆裝置中，會受到裝置中的強磁場影響，偏轉轟擊到裝置部件上造成聚變堆裝置的損壞。因此，中性束注入器需采用剩余離子偏轉系統將束流中未實現中性化的帶電粒子束剝離出去［3?5］。

偏轉系統作為中性束注入器中剝離剩余帶電粒子的核心設備，其工作性能對于中性束注入器和聚變堆裝置的安全穩定運行具有重要的意義。隨著磁約束核聚變相關研究的不斷進展，聚變堆裝置尺寸越來越大、等離子體參數越來越高，對中性束注入加熱裝置的束功率要求也越來越高，空間利用率高，水冷效果更好的電偏轉器（Electrostatic Residual Ion Dump，ERID）已經成為未來NNBI剩余離子偏轉系統的首選［6］。……